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公開番号2025124169
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-26
出願番号2024020041
出願日2024-02-14
発明の名称二酸化炭素液化システム
出願人JFEエンジニアリング株式会社
代理人個人
主分類F25J 1/00 20060101AFI20250819BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】二酸化炭素の液化に必要なエネルギーを最小化できる二酸化炭素液化システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る二酸化炭素液化システム1は、液化二酸化炭素ドラム10と、液化二酸化炭素循環ラインと、液化二酸化炭素ポンプ20と、液化二酸化炭素冷却器30と、液化二酸化炭素循環ラインにおいて液化二酸化炭素ポンプ20の後流に配設され、液化二酸化炭素ポンプ20によって払い出された液化二酸化炭素を駆動流体とし、二酸化炭素含有ガスを吸引流体とするエジェクタ40と、二酸化炭素含有ガスをエジェクタ40に受け入れる二酸化炭素含有ガス受入ライン75と、液化二酸化炭素払出ライン78と、液化二酸化炭素ドラム10のガス層のガスを二酸化炭素含有ガス受入ライン75に還流させるリサイクルガスラインと、リサイクルガスラインに配設され、液化二酸化炭素ドラム10のガス層の二酸化炭素を濃縮する二酸化炭素分離膜50と、リサイクルガス流量調節弁83とを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
液化二酸化炭素を貯留する液化二酸化炭素ドラムと、
前記液化二酸化炭素ドラムを起点に液化二酸化炭素が循環する液化二酸化炭素循環ラインと、
前記液化二酸化炭素循環ラインにおいて前記液化二酸化炭素ドラムの後流に配設され、前記液化二酸化炭素ドラムに貯留されている液化二酸化炭素を昇圧して払い出す液化二酸化炭素ポンプと、
前記液化二酸化炭素循環ラインに配設され、前記液化二酸化炭素ポンプによって払い出された液化二酸化炭素を冷媒との熱交換によって冷却する液化二酸化炭素冷却器と、
前記液化二酸化炭素循環ラインにおいて前記液化二酸化炭素ポンプの後流に配設され、前記液化二酸化炭素ポンプによって払い出された液化二酸化炭素を駆動流体とし、二酸化炭素含有ガスを吸引流体とするエジェクタと、
前記二酸化炭素含有ガスを前記エジェクタに受け入れる二酸化炭素含有ガス受入ラインと、
前記液化二酸化炭素ドラムから液化二酸化炭素を外部に払い出す液化二酸化炭素払出ラインと、
前記液化二酸化炭素ドラムのガス層のガスを前記二酸化炭素含有ガス受入ラインに還流させるリサイクルガスラインと、
前記リサイクルガスラインに配設され、前記液化二酸化炭素ドラムのガス層のガスの二酸化炭素を濃縮する二酸化炭素分離膜と、
前記リサイクルガスラインにおいて前記二酸化炭素分離膜の後流に配設され、前記液化二酸化炭素ドラムのガス層のガスを減圧及び流量調節するリサイクルガス流量調節弁と、を有することを特徴とする二酸化炭素液化システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記二酸化炭素分離膜を透過しなかった非透過ガスを外部に排出する非透過ガス排出ラインと、
前記非透過ガス排出ラインに配設され、前記非透過ガス排出ラインを流れるガスを減圧及び流量調節する非透過ガス排出流量調節弁と、
前記液化二酸化炭素循環ラインに配設されて、前記非透過ガス排出ラインにおける前記非透過ガス排出流量調節弁を通過した前記非透過ガスによって前記液化二酸化炭素を冷却する第二液化二酸化炭素冷却器と、を有することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素液化システム。
【請求項３】
前記二酸化炭素含有ガス受入ラインに配設されて、前記第二液化二酸化炭素冷却器を通過した前記非透過ガスによって前記二酸化炭素含有ガスを冷却する二酸化炭素含有ガス予冷器と、を有することを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素液化システム。
【請求項４】
前記二酸化炭素分離膜を透過しなかった非透過ガスを外部に排出する非透過ガス排出ラインと、
前記非透過ガス排出ラインに配設され、前記非透過ガス排出ラインを流れるガスを減圧及び流量調節する非透過ガス排出流量調節弁と、
前記二酸化炭素含有ガス受入ラインに配設されて、前記非透過ガス排出ラインにおける前記非透過ガス排出流量調節弁を通過した前記非透過ガスによって前記二酸化炭素含有ガスを冷却する二酸化炭素含有ガス予冷器と、を有することを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素液化システム。
【請求項５】
前記二酸化炭素分離膜を透過しなかった非透過ガスを外部に排出する非透過ガス排出ラインと、
前記非透過ガス排出ラインに配設され、前記非透過ガス排出ラインを流れるガスを減圧及び流量調節する非透過ガス排出流量調節弁と、
前記リサイクルガスラインに配設されて、前記非透過ガス排出ラインにおける前記非透過ガス排出流量調節弁を通過した非透過ガスによって前記リサイクルガスを冷却するリサイクルガス冷却器と、を有することを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素液化システム。
【請求項６】
前記二酸化炭素含有ガス受入ラインに配設されて、前記リサイクルガス冷却器を通過した前記非透過ガスによって前記二酸化炭素含有ガスを冷却する二酸化炭素含有ガス予冷器と、を有することを特徴とする請求項５に記載の二酸化炭素液化システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を液化する二酸化炭素液化システムに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ＣＣＳ（Carbon dioxide Capture and Storage；二酸化炭素回収・貯留技術）やＣＣＵ（Carbon dioxide capture and utilization；二酸化炭素回収・有効利用技術）のための貯蔵や運搬を目的として、気体の二酸化炭素を液化させる技術が求められている。
二酸化炭素は、温度が低いほど低い圧力で液化できるため、低温で液化できれば圧縮動力を低減できるが、最低でも0.42MPaGの圧力が必要とされている。
【０００３】
この点、特許文献１には、空気深冷分離ユニットの冷熱の一部を利用して二酸化炭素を液化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５９３２１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では圧力については言及がないため、最低でも0.42MPaGの圧力まで昇圧していると考えられ、二酸化炭素ガスを圧縮する工程が前流に存在する。一般的に、このような圧縮工程にはコンプレッサが用いられるが、仮に二酸化炭素ガスが大気圧の状態である場合、大気圧から少なくとも0.42MPaGまで圧縮する必要があるため、多大なエネルギーが必要となる。
【０００６】
また、ＣＣＳやＣＣＵの前提として、二酸化炭素を含む燃焼排ガス等から二酸化炭素を分離するプロセスが前流工程に存在するが、二酸化炭素の回収に必要なエネルギーを低減するニーズがある。特許文献１にはそのようなニーズに対応する技術について開示も示唆もない。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、二酸化炭素の分離及び液化に必要なエネルギーを最小化できる二酸化炭素液化システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る二酸化炭素液化システムは、液化二酸化炭素を貯留する液化二酸化炭素ドラムと、
前記液化二酸化炭素ドラムを起点に液化二酸化炭素が循環する液化二酸化炭素循環ラインと、
前記液化二酸化炭素循環ラインにおいて前記液化二酸化炭素ドラムの後流に配設され、前記液化二酸化炭素ドラムに貯留されている液化二酸化炭素を昇圧して払い出す液化二酸化炭素ポンプと、
前記液化二酸化炭素循環ラインに配設され、前記液化二酸化炭素ポンプによって払い出された液化二酸化炭素を冷媒との熱交換によって冷却する液化二酸化炭素冷却器と、
前記液化二酸化炭素循環ラインにおいて前記液化二酸化炭素ポンプの後流に配設され、前記液化二酸化炭素ポンプによって払い出された液化二酸化炭素を駆動流体とし、二酸化炭素含有ガスを吸引流体とするエジェクタと、
前記二酸化炭素含有ガスを前記エジェクタに受け入れる二酸化炭素含有ガス受入ラインと、
前記液化二酸化炭素ドラムから液化二酸化炭素を外部に払い出す液化二酸化炭素払出ラインと、
前記液化二酸化炭素ドラムのガス層のガスを前記二酸化炭素含有ガス受入ラインに還流させるリサイクルガスラインと、
前記リサイクルガスラインに配設され、前記液化二酸化炭素ドラムのガス層のガスの二酸化炭素を濃縮する二酸化炭素分離膜と、
前記リサイクルガスラインにおいて前記二酸化炭素分離膜の後流に配設され、前記液化二酸化炭素ドラムのガス層のガスを減圧及び流量調節するリサイクルガス流量調節弁と、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記二酸化炭素分離膜を透過しなかった非透過ガスを外部に排出する非透過ガス排出ラインと、
前記非透過ガス排出ラインに配設され、前記非透過ガス排出ラインを流れるガスを減圧及び流量調節する非透過ガス排出流量調節弁と、
前記液化二酸化炭素循環ラインに配設されて、前記非透過ガス排出ラインにおける前記非透過ガス排出流量調節弁を通過した前記非透過ガスによって前記液化二酸化炭素を冷却する第二液化二酸化炭素冷却器と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記二酸化炭素含有ガス受入ラインに配設されて、前記第二液化二酸化炭素冷却器を通過した前記非透過ガスによって前記二酸化炭素含有ガスを冷却する二酸化炭素含有ガス予冷器と、を有することを特徴とするものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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